что такое кца в нефтепереработке

Установка короткоцикловой адсорбции (КЦА)

Назначение

В технологии короткоцикловой адсорбции (КЦА) применяется принцип физического связывания примесей, содержащихся в обогащенных водородом газах, с помощью индивидуально подобранных адсорбирующих материалов. Поскольку силы связывания для таких примесей зависят от давления, КЦА работает в чередующемся цикле адсорбции при высоких давлениях и десорбции при низких давлениях. Для достижения непрерывного потока продукта водорода по меньшей мере один адсорбер работает, а остальные находятся на разных стадиях регенерации.

Работа блока КЦА стала широко популярной в химической и нефтеперерабатывающей промышленности благодаря своей универсальности и способности адаптироваться к конкретным применениям. Например, отходящий газ нефтепереработки может быть очищен в системе КЦА, что позволяет нефтеперерабатывающим заводам извлекать чистый водород из потоков, содержащих легкие углеводороды.

Извлечение чистого водорода из потока отходящего газа более ценно, чем отправка газа в топливо для нужд производства, поскольку производство водорода является затратным процессом. Основным преимуществом КЦА в этой области является его способность адсорбировать такие соединения, как сероводород, углеводороды, оксиды углерода и воду. Кроме того, перепад давления в слое адсорбента КЦА незначителен по сравнению с мембранными системами.

Строительство установки или блока КЦА в составе установки производства водорода может быть вызвано компенсацией дефицита чистого водорода на НПЗ, необходимого для новых установок гидроочистки, изомеризации, риформинга, гидрокрекинга.

Применение КЦА в промышленности

КЦА широко применяется для следующих целей:

Принцип работы КЦА

КЦА работает по принципу, согласно которому при повышенном парциальном давлении адсорбенты могут удерживать больший объем газообразных компонентов, некоторые из которых сильнее, чем другие. Сила адсорбции обычно увеличивается с молекулярной массой каждого компонента, и водород обладает самой слабой силой адсорбции этих компонентов. Это позволяет адсорбировать более тяжелые компоненты, в то время как очищенный водород проходит через адсорбент.

Сырье и продукты

В качестве сырья для установок КЦА применительно к установке производства водорода выступает водородсодержащий газ с концентрацией водорода порядка 75-80%об.

Продуктами являются водород с концентрацией выше 99,5%об., а также отдувочный газ с содержанием водорода 10-40% об.

Адсорбенты

Помимо способности адсорбировать разные газы, адсорбенты для систем КЦА обычно являются очень пористыми материалами, выбранными из-за их большой удельной поверхности. Типичными адсорбентами являются:

Хотя газ, адсорбированный на этих поверхностях, может состоять из слоя толщиной всего одну или не более нескольких молекул, площадь поверхности в несколько сотен квадратных метров на грамм обеспечивает адсорбцию значительной части массы адсорбента в газе. В дополнение к их селективности в отношении различных газов, цеолиты и некоторые виды активированного угля, называемые углеродными молекулярными ситами, могут использовать свои характеристики молекулярных сит, чтобы исключить некоторые молекулы газа из их структуры в зависимости от размера молекул, тем самым ограничивая возможности более крупных молекул быть адсорбированным.

Технологическая схема

Поток неочищен­ного водородсодержащего газа поступает в блок короткоцикловой адсорбции (КЦА), где происходит удаление примесей в процессе циклической адсорбции. Для выполнения заданной степени концентрирования водорода и удаления при­месей в процессе используются многочисленные адсорбционные слои. Принятая схема блока позволяет извлечь водород с концентрацией 99,5 % (об.) из кон­вертированного газа, с концентрацией водорода не менее 87,5 % (об.) в конце рабочего цикла.

В блоке КЦА происходит очистка конвертированного водородсодержащего газа от примесей метана, окислов углерода путем адсорбции загрязнений на ад­сорбенте при высоком давлении и десорбции при низком давлении.

Блок КЦА состоит из адсорберов, включенных параллельно по газу. При работе каждый адсорбер проходит одни и те же фазы адсорбции и регенерации (десорбции), только в различные моменты времени.

Полный цикл состоит из четырех основных стадий:

Адсорбция

Питательный газ поступает в нижнюю часть адсорбера под высоким давлением, примеси адсорбируются, например, молекулярными сетками, а водород высокой чистоты выходит из адсорбера сверху. Перед исчерпанием адсорбционной способности адсорбентов регенерированный адсорбер автоматически включается на адсорбцию, тем самым обеспечивается непрерывный поток продукта.

Сброс давления

Регенерация осуществляется в несколько этапов снижения давления. Сначала обогащенный водородом газ используется для набора давления и продувки тех адсорберов, которые находятся на разных стадиях регенерации. При дальнейшем сбросе давления адсорбированные примеси высвобождаются и подаются в линию сдувки или в буферную емкость для использования в качестве топливного газа.

Продувка

При самом низком уровне давления адсорбер продувается газом, насыщенным водородом из другого адсорбера. Продувочный газ либо выпускается, либо направляется в буферную емкость.

Набор давления

Давление продуваемого адсорбера постепенно повышается до требуемого давления адсорбции путем нескольких выравниваний давления с другими адсорберами и, наконец, путем рециркуляции чистого водорода.

Поскольку рабочие циклы адсорберов смещаются, то, как только один ад­сорбер входит в режим адсорбции, другой в это время завершает свой режим ад­сорбции.

Управление процессом и защита адсорбента

Управление процессом очистки водородсодержащего газа и регенерации осуществляется автоматически с помощью таймерной системы, воздействующей на клапаны, установленные на трубопроводах обвязки адсорберов. Время цикла адсорбции устанавливается автоматически в зависимости от количества обраба­тываемого газа.

Расход газа, подаваемого в блок КЦА, контролируется, так как расход газа является одним из основных параметров регулирования работы блока.

Для защиты молекулярных сит блока КЦА от воздействия высоких темпе­ратур предусмотрена блокировка по высокой температуре поступающего газа, по которой закрывается отсечной клапан на входе в блок. Также предусмотрена блокировка для защиты молекулярных сит блока КЦА от воздействия свободной воды. Выходящий из адсорберов газ с температурой 40 °С представляет собой во­дород высокой степени чистоты – 99,5 % об.

Источник

Метод короткоцикловой адсорбции (КЦА)

Криогенное разделение воздуха при всех его качественных параметрах является довольно дорогостоящим способом получения промышленных газов. Адсорбционный метод разделения воздуха, основанный на избирательном поглощении того или иного газа адсорбентами, является некриогенным способом, и широкое применение получил из-за следующих преимуществ:

высокая разделительная способность по адсорбируемым компонентам в зависимости от выбора адсорбента;

быстрый пуск и остановка по сравнению с криогенными установками;

большая гибкость установок, т.е. возможность быстрого изменения режима работы, производительности и чистоты в зависимости от потребности;

автоматическое регулирование режима;

возможность дистанционного управления;

низкие энергетические затраты по сравнению с криогенными блоками;

простое аппаратурное оформление;

низкие затраты на обслуживание;

низкая стоимость установок по сравнению с криогенными технологиями;

Адсорбционный способ используется для получения азота и кислорода, так как он обеспечивает при низкой себестоимости отличные параметры качества.

В установках для производства кислорода используется известный факт, что азот адсорбируется алюмосиликатными молекулярными ситами существенно быстрее, чем кислород. Для отделения азота от кислорода воздух сначала сжимают, а затем пропускают через адсорбер, получая на выходе относительно чистый кислород. Чистота кислорода как продукта, получаемого по этой технологии, составляет до 95 %. Основной загрязняющей его примесью является главным образом аргон. Регенерацию адсорбента проводят при атмосферном давлении или вакууме.

Трёхадсорберная система с применением двухступенчатого насоса

Двухадсорберная система с дополнительной буферной емкостью и одноступенчатым насосом

Скорости адсорбции азота и кислорода

Технологическая схема установок КЦА для производства азота из воздуха

Установки короткоцикловой адсорбции обычно полностью собираются и испытываются на заводе-изготовителе, т.е. поступают к потребителю в состоянии полной заводской готовности, что обеспечивает быстрый монтаж, и имеют диапазон производительности от 10 до 6000 нм 3/ч.

Мембранная технология

Наиболее эффективно по затратам получать азот с содержанием основного вещества 93-99,5%.

Ниже приведены графики по выбору применения тех или иных видов получения промышленных газов в зависимости от объемов потребления и необходимой чистоты.

Получение гелия

второе место после водорода: на долю гелия приходится около 23% космической массы.

На Земле гелий постоянно образуется при распаде урана, тория и других радиоактивных элементов. Гелий накапливается в свободных газовых скоплениях недр и в нефти; такие месторождения достигают промышленного масштабов. Максимальные концентрации гелия (10-13%) выявлены в свободных газовых скоплениях и газах урановых рудников и (20-25%) в газах, спонтанно выделяющихся из подземных вод. Чем древнее возраст газоносных осадочных пород и чем выше в них содержание радиоактивных элементов, тем больше гелия в составе природных газов.

Добыча гелия в промышленных масштабах производится из природных и нефтяных газов как углеводородного, так и азотного состава. По качеству сырья гелиевые месторождения подразделяются: на богатые (содержание Не > 0,5% по объему); рядовые (0,10-0,50) и бедные (

Источник

HONEYWELL UOP поставляет тысячную установку для очистки водорода

14 февраля 2014 г компания UOP LLC, входящая в состав Honeywell (NYSE: HON), объявила о получении заказа на тысячную систему очистки водорода для НПЗ Ruwais (ОАЭ), эксплуатацию которой будет осуществлять Нефтеперерабатывающая компания Абу-Даби (TAKREER).

14 февраля 2014 г компания UOP LLC, входящая в состав Honeywell (NYSE: HON), объявила о получении заказа на тысячную систему очистки водорода для НПЗ Ruwais (ОАЭ), эксплуатацию которой будет осуществлять Нефтеперерабатывающая компания Абу-Даби (TAKREER).

Система КЦА UOP Polybed будет концентрировать и очищать водород для проекта TAKREER по выпуску сажевых наполнителей и реализации процесса замедленного коксования для удовлетворения растущей потребности в чистом транспортном топливе. UOP разработала технологию КЦА Polybed в 1966 году и в настоящее время поставляет улучшенные варианты этой технологии. Водород играет важную роль в современной нефтепереработке, где он используется для переработки тяжелой сырой нефти в очищенное топливо, а также позволяет соблюдать постоянно ужесточающиеся требования к транспортному топливу.

«Поставка тысячной установки КЦА является важной вехой для UOP, поскольку демонстрирует ценность нашего вклада в развитие технологии получения высокочистого водорода за прошедшие полвека, — говорит Ребекка Либерт, старший вице-президент и генеральный директор подразделения Honeywell UOP «Переработка газа и водород». — Это также доказывает, что UOP остается лидер ом технологии и предлагает своим заказчикам наиболее привлекательные с экономической точки зрения решения».

Системы КЦА Polybed представляют собой модульные установки, включающие клапанную сборку, адсорберы (с адсорбентами) и емкость отходящего газа, а также системы управления технологическим процессом, что обеспечивает быстроту и эффективность монтажа для снижения затрат и сокращения простоев.

В технологическом процессе используются собственные адсорбенты UOP для удаления примесей из водородсодержащего газа (ВСГ) при высоком давлении. Эти адсорбенты обеспечивают концентрирование водорода и его очистку до уровня свыше 99,9 %, что удовлетворяет требованиям нефтепереработки. В дополнение к отбору и очистке водорода из ВСГ установок парового риформинга и отходящих газов НПЗ, системы КЦА Polybed можно использовать для получения водорода из других источников, таких как отходящие газы, содержащие этилен и метанол, или газы, возникающие в процессе частичного окисления (например, синтез-газ).

С момента поставки в 1966 году первой небольшой системы КЦА на основе четырех адсорберов UOP значительно улучшила системы КЦА Polybed путем внедрения технологических достижений нескольких поколений. Новые поколения адсорбентов, конфигурации с оптимизированным циклом, усовершенствованные технологические и конструктивные решения, а также более надежные системы управления и оборудование в сочетании с многолетним опытом позволили значительно повысить производительность, надежность и работоспособность систем, а также сократить расходы.

Подразделение Honeywell UOP «Переработка газа и водород», входящее в Honeywell, разрабатывает технологии, оборудование и материалы для очистки и переработки природного газа, а также для очистки водорода, используемого на нефтеперерабатывающих заводах. Технологии переработки газа UOP позволяют удалить из неочищенного природного газа воду, ртуть, серу, диоксид углерода и другие примеси. UOP также предлагает технологии переработки газового конденсата (NGL). Решения UOP для переработки газа доступны в виде готовых комплектов оборудования или лицензий на использование технологий. Системы этого подразделения используются на более чем 3600 газоперерабатывающих установках разного назначения во многих странах мира.

Нефтеперерабатывающая компания Абу-Даби (TAKREER) была создана в 1999 году как открытое акционерное общество, ответственное за операции переработки нефти, которые ранее осуществляла Национальная нефтяная компания Абу-Даби (ADNOC).

Источник

Очистка нефти и тяжелых нефтяных остатков от серы (гидрообессеривание)

Назначение

Переработка сырой нефти в конечные продукты требует обессеривания нефти. Технические требования к топливу, регулирующие транспортировку топлива, с годами становятся все более жесткими в отношении содержания серы. Многие нефтехимические продукты также производятся почти без содержания серы. Удаление серы из нефти является одним из основных требований на большинстве нефтеперерабатывающих заводов, и цена (и стоимость переработки) сырой нефти зависит от содержания в ней серы.

Распределение серы в нефти

Концентрация и природа серосодержащих соединений изменяются в диапазоне кипения конкретной фракции. Количество серы во фракции увеличивается с увеличением диапазона кипения, причем наиболее тяжелая фракция содержит наибольшее количество серы.

Сернистые соединения становятся более трудно извлекаемыми с увеличением температуры кипения, поскольку доминирующий класс соединений изменяется от тиолов, сульфидов и тиофена в нафте до замещенных бензотиофеновых соединений в дистиллятных фракциях.

В вакуумном газойле и гудроне сера содержится в основном в соединениях семейства дибензотиофенов. Химическая природа серы имеет непосредственное отношение к ее удалению. Обессеривание соединений, содержащих алифатическую серу, т. е. тиолы и сульфиды, происходит легче, чем из соединений, содержащих ароматическую серу, т. е. тиофены.

Распределение соединений серы в диапазоне перегонки сырой нефти с общим содержанием серы 1,2%

Физические свойства серосодержащих соединений

Гидрообессеривание в сочетании с технологиями удаления углерода, такими как коксование и каталитический крекинг (FCC), являются основными технологиями, промышленно используемыми для обессеривания тяжелых остатков. Хотя эти технологии вполне способны обессерить тяжелые остатки, их выбросы углерода весьма существенны.

Все эти технологии, включая производство водорода, необходимого для установок гидрообессеривания, представляют из себя высокотемпературную переработку. Стоимость переработки (финансовая и экологическая) возрастает по мере переработки более тяжелых и богатых серой сырых нефтей. Поэтому представляют интерес альтернативные пути обессеривания.

Методы обессеривания

Обсуждаемые методы обессеривания, включая их вариации:

Лишь немногие из этих методов являются жизнеспособными и/или эффективными для обессеривания тяжелых остатков. Это связано со свойствами тяжелой нефти, такими как высокое содержание серы, высокая вязкость, высокая температура кипения и сложная природа соединений серы.

Наиболее вероятным подходом, ведущим к прорыву в обессеривании тяжелых остатков, является автоокисление с последующим термическим разложением окисленных тяжелых остатков. Существуют также возможности для синергического использования автоокисления в сочетании с биообессериванием и гидрообессериванием.

Технология гидрообессеривания

Гидрообессеривание является наиболее часто используемым методом в нефтяной промышленности для снижения содержания серы в сырой нефти. В большинстве случаев она осуществляется путем совместной подачи сырья и водорода в реактор с неподвижным слоем, заполненный соответствующим катализатором.

Выбор катализатора

Стандартными катализаторами гидрообессеривания являются никель-молебденовые и кобальт-молибденовые катализаторы, нанесенные на оксид алюминия, но есть еще много доступных типов. В процессе гидрообессеривания сера в сероорганических соединениях преобразуется в Н₂Ѕ.

Выбор одного типа катализатора по сравнению с другим зависит от применения. Вообще говоря, Ni-Mo-катализаторы лучше применять в гидрировании, а Co-Mo-катализаторы лучше для гидрогенолиза. Таким образом, Co-Mo-катализаторы предпочтительны для гидрообессеривания потоков ненасыщенных углеводородов, например, для продуктов каталитического крекинга, в то время как Ni-Mo-катализаторы предпочтительны для фракций, требующих экстремального гидрирования.

Следовательно, катализаторы Ni-Mo более эффективны для гидрообессеривания от сложных соединений серы, таких как например 4,6-диметилдибензотиофен. Когда поток водорода не ограничен, но время контакта ограничено, как это часто бывает в проточных реакторах, предпочтительны Ni-Mo-катализаторы, в то время как Co-Mo-катализаторы иногда более эффективны в реакторах периодического действия. Рабочие условия процесса гидрообессеривания обычно находятся в пределах температур от 200 до 425 °С и давлении от 1 до 18 МПа, причем конкретные условия зависят от требуемой степени обессеривания и природы сернистых соединений в сырье.

Технологическая схема

Предварительный подогрев сырья

Сырье поступает в печь нагрева, куда также подается водяной пар (для предотвращения процесса закоксовывания), где нагревается до температуры ниже 371 C.

«Защитный» реактор

Подогретый циркулирующий водород смешивается с сырьем и вместе они вводятся в защитный обеззоливающий реактор который содержит катализатор гидрирования подобный катализатору в основном реакторе, но обычно дешевле. Катализатор должен иметь широкие поры в своей структуре, чтобы избежать их закупоривания и, как следствие, потери активности из-за осаждения металлов.

В реакторе металлоорганические соединения гидрируются, а металлы осаждаются. Соли из нефтяных электродегидраторов также удаляются здесь. Из-за быстрой деактивации этого катализатора, как правило, используют два реактора и катализатор меняется в одном из них, в то время как другой реактор работает. Катализатор в системе защитного реактора составляет 8% от общего количества катализатора, используемого в процессе. Реакции обессеривания, деазотирования и гидродеметаллизации требуют жестких рабочих условий. Обычно используют 3-4 реактора с различными комбинациями катализаторов для достижения заданных целей. На некоторых производствах есть положение о замене катализатора в защитном реакторе на рабочем режиме.

Реакторы обессеривания и деазотирования

Поток, выходящий из защитного реактора, охлаждается путем «квенчинга» холодным циркулирующим водородом для предотвращения дальнейших реакций крекинга и вводится и в первый из трех реакторов с неподвижным слоем. В реакторах протекают основные реакции гидродеметаллизации, гидрообессеривания, деазотирования и гидрирования ароматических соединений.

Фракционирование

Технологическая схема также содержит сепараторы высокого и низкого давления, рециркулирущий поток водорода и блок аминовой очистки. Жидкий поток из сепараторов направляют на фракционирование для получения нафты, дизельного топлива и низкоуглеродистого остатка – мазута (НСО).

Материальный баланс

Материальный баланс типичной установки гидрообессеривания мазута, а также распределение серы в сырье и продуктах установки представлены в таблицах.

Распределение серы в сырье и продуктах установки

Источник